Химическая энциклопедия - иммуноглобулины

(Ig), группа близких по хим. природе и св-вам глобулярных белков позвоночных животных и человека, к-рые обычно обладают св-вами антител, т. е. специфич. способностью соединяться с антигеном, к-рый стимулирует их образование. И. продуцируются В-лимфоцитами и находятся либо в своб. виде в крови и нек-рых др. жидкостях организма, либо в виде рецепторов на поверхностных мембранах клеток. Семейство И. у высших позвоночных включает в себя неск. классов; у человека их известно пять (G, М, A, D, Е). Классы И. делятся на подклассы. Молекулы И. симметричны. Они построены из "легких" (ок. 220 аминокислотных остатков) и "тяжелых" (450-600 аминокислотных остатков) полипептидных цепей (соотв. Lи Н-цепи), скрепленных дисульфидными связями и нековалентными взаимодействиями (см., напр., на рис. 1 схему строения IgG). В антителах человека обнаружено два вида легких цепей (( и l) и пять видов тяжелых цепей (g, m, a, d и e), отличающихся аминокислотной последовательностью. При обозначении И. в ниж. индексах греческих букв цифры показывают, сколько цепей содержится в молекуле. Тяжелые цепи, характерные для каждого из классов и подклассов И., содержат по одному или более олигосахаридному фрагменту.

Рис. 1. Схема строения иммуноглобулина G: 1 легкая цепь; 2 тяжелая цепь; 3 гипервариабельные участки; 4 шарнирная область; 5 остаток олигосахарида; 6 N-концы; 7 С-концы; VL и VH соотв. вариабельные домены легкой и тяжелой цепей; CH1, CH2 и С H3 постоянные домены тяжелой цепи; пунктиром обведены Fabи Fc-фрагменты.

Легкие и тяжелые пептидные цепи каждого класса И. построены из двух осн. областей вариабельной (имеет антител из-за вставок и делеций (потери одного из внутр. участков в сегментах); в среднем она равна у легких цепей 108, а у тяжелых 120 аминокислотным остаткам. Осн. различия между вариабельными областями антител разной специфичности сосредоточены в определенных положениях полипептидной цепи т. наз. гипервариабельных участках; их четыре в тяжелых и три в легких цепях. Эти участки (за нек-рыми исключениями) принимают участие в контакте с антигеном, что и определяет специфичность антител. Постоянные области цепей И. кодируются одним геном (для каждого класса и подкласса). Молекулы И. связанные с пов-стью лимфоцитов, имеют дополнит. гидрофобные "хвосты" на С-концах тяжелых цепей, к-рые встроены в мембраны клеток. Пептидные цепи И. и ряда белков клеточных мембран (антигены гистосовместимости, рецепторы для антигенов Т-лимфоцитов) по своей первичной структуре сходны между собой, что указывает на общее эволюционное происхождение всех этих белков. Отрезки легких и тяжелых цепей И. примерно в ПО аминокислотных остатков свернуты в относительно независимые компактные глобулы (домены), каждый из к-рых содержит один дисульфидный мостик; легкие цепи содержат два домена (вариабельный и постоянный), тяжелые четыре или пять (в зависимости от класса И.), один из к-рых вариабельный. По данным рентгеноструктурного анализа, осн. тип укладки цепи в доменах соответствует антипараллельной b-структуре (см. Белки). Посредине тяжелых цепей И. имеется т. наз. шарнирная область с межцепьевыми дисульфидными связями (у IgG и IgA между первыми и вторыми доменами; на рис. 1 между С Н1 и С Н2), длины к-рых неодинаковы у разных подклассов этих белков. Шарнирная область чувствительна к протеолитич. ферментам. При расщеплении ими (напр., папаином) И. распадается на два идентичных Fab-фрагмента и один Fc-фрагмент. Fab-Фрагмент слагается из четырех доменов. Два из них принадлежат легкой цепи, два других N-концу тяжелой цепи. Fab-Фрагменты сохраняют способность к связыванию с антигеном. Fc-Фрагмент состоит из четырех или шести доменов двух тяжелых цепей и определяет такие св-ва И., как связывание им комплемента, возможность проникать через плаценту, присоединяться к клеткам и фиксироваться в коже. Благодаря высокой подвижности в шарнирной области, Fabи Fc-фрагменты обладают определенной свободой вращения относительно друг друга. Такая гибкость позволяет молекулам И. оптимально присоединяться к антигенам, имеющим разное пространств. строение. Область, контактирующая с антигеном (паратоп, или активный, антигенсвязывающий центр), располагается на N-конце Fab-фрагментов; она представляет собой более или менее глубокую полость, стенки к-рой сформированы аминокислотными остатками гипервариабельных участков легкой и тяжелой цепей. У антител, связывающих белки и полисахариды, в полость может входить до 6-7 остатков аминокислот или моносахаров. У молекул IgG, IgD, IgE и IgA (молекула IgA построена подобно молекуле IgG) 2 активных центра, у молекул IgM 10. Комплекс с антигеном образуется в результате нековалентных взаимод., характер к-рых может варьировать в зависимости от специфичности антитела. Сила связывания с антигеном увеличивается на неск. порядков, если молекула антитела реагирует сразу двумя (или более) областями связывания с неск. детерминантами одной молекулы антигена. Каждая молекула IgG (осн. класса И. у человека) состоит из двух идентичных легких и двух тяжелых цепей ((2g2 или l2g2). При расщеплении папаином молекула IgG распадается на три части два идентичных Fab-фрагмента и один Fc-фрагмент. Антитела IgM [((2m2)5 или (l2m2)5] эволюционно наиб. древние И.; они синтезируются на первых стадиях иммунной р-ции. Их молекулы состоят из пяти субъединиц (рис. 2), напоминающих молекулу IgG и соединенных друг с другом дисульфидными связями (такие И. наз. полимерными).

Рис. 2. Упрошенная схема строения иммуноглобулина М: 1 легкая цепь; 2 тяжелая цепь; 3 вариабельная область; 4 постоянные области легкой и тяжелой цепей; 5 J-цепь.